DE4242095C2 - Verfahren zur Verringerung der Schadstoffemissionen von Dieselmotoren und ein Partikelfiltersystem zu seiner Durchführung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verringerung der Schadstoffe­ mission von Dieselmotoren und ein Partikelfiltersystem zu seiner Durchführung, insbesondere nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2.

Aus der DE-B-36 32 696 ist ein Verfahren und Partikelfiltersystem be­ kannt, wobei ein Regenerationsbrenner bei Teillast des Dieselmotors kontinuierlich betrieben wird, um eine kontinuierliche Partikelverbren­ nung und dadurch einen konstant niedrigen, verbrauchsoptimalen Ab­ gasgegendruck zu erreichen. Die dazu erforderliche konstant hohe Ab­ gastemperatur bedingt jedoch einen hohen Kraftstoffverbrauch. Dem­ gegenüber bietet eine diskontinuierliche Regeneration insbesondere bei überwiegend mit Teillast betriebenen Motoren trotz im Mittel höhe­ rem Abgasgegendruck deutliche Verbrauchsvorteile.

Nachteilig ist allerdings bei Dieselmotoren mit diskontinuierlicher Re­ generation, daß es im allgemeinen beim Kaltstart und Kaltmotorbetrieb zu erhöhter Kohlenwasserstoffemission kommt. Soweit dabei Kraftstoff oder Schmieröl im Abgassystem in Partikelform vorliegen, werden diese ebenso wie das kondensierte Verbrennungswasser im Partikelfil­ ter zwischengelagert und bei Erhöhung der Abgastemperatur in kon­ zentrierter Form aus diesem ausgetrieben. Gleiches geschieht mit Die­ selkraftstoff eines längere Zeit mit Teillast betriebenen Dieselmotors.

Ein gattungsgemäßes Verfahren und ein entsprechendes Partikelfilter­ system ist aus der US-PS 5,014,509 bekannt. Besonderheit dieses Verfahrens ist es, daß der Partikelfilter und ein Vorraum desselben un­ abhängig vom Regenerationsvorgang bei niedrigen Abgastemperatu­ ren, vorzugsweise solchen unter 200°C durch den Regenerationsbren­ ner auf einer Temperatur oberhalb der Kondensationstemperatur der höchstsiedenden Abgasbestandteile gehalten wird.

Die DE-OS 40 04 424 schließlich zeigt einen Oxidationskatalysator der dem Partikelfilter räumlich nachgeschaltet und in einer Endleitung an­ geordnet ist. Dabei kann aber der Oxidationskatalysator umgangen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schadstoffemission und Kraftstoffverbrauch eines mit Partikelfilter ausgestatteten Dieselmotors insbesondere bei Betrieb mit kaltem Abgas zu minimieren.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Oxidationskatalysator 5, der dem Partikelfilter 2 unmittelbar nachgeschaltet ist, bei niedrigen Ab­ gastemperaturen, vorzugsweise solchen unter 200°C, durch den Rege­ nerationsbrenner 3 auf die zur Oxidation erforderliche Temperatur auf­ geheizt wird. Bei niedriger Abgastemperatur wird durch zumindest zeitweiliges Betreiben des Regenerationsbrenners der Partikelfilter und der unmittelbar nachgeschaltete Oxidationskatalysator so temperiert, daß ein Ansammeln von kondensierten Partikeln in dem Partikelfilter sicher vermieden wird. Gleichzeitig wird durch den Regenerations­ brenner ein großer Teil der unverbrannten Kohlenwasserstoffe nach­ verbrannt. Dadurch, daß gleichzeitig der Oxidationskatalysator durch den Regenerationsbrenner auf die zur Oxidation erforderliche Tempe­ ratur aufgeheizt wird, erreicht man eine fast vollständige Eliminierung der Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxidemission auch bei nicht betriebswarmem Dieselmotor. Die unmittelbare Nachschaltung des Oxidationskatalysators, der vorteilhafterweise im entsprechend verlän­ gerten Gehäuse des Partikelfilters untergebracht ist, bietet den Vorteil, daß die aus dem Partikelfilter gleichmäßig austretenden Abgase ohne Druck- und Temperaturverlust in den Oxidationskatalysator eintreten und diesen gleichmäßig beaufschlagen, wodurch dessen Wirksamkeit maximiert wird.

Außerdem können durch das erfindungsgemäße Verfahren Kataly­ satorbeschichtungen angewendet werden, die bei schwefelhalti­ gen Kraftstoffen eine Oxidation von SO₂ zu SO₃ und damit die Bildung von Sulfatpartikeln vermeiden, ohne die Verbrennung der Kohlenwasserstoffe und des Kohlenoxids zu verhindern. Derartige Beschichtungen weisen im Normalfall erhöhte An­ springtemperaturen auf, die durch das erfindungsgemäße Ver­ fahren auch schon im Teillastgebiet des Dieselmotors erreich­ bar sind.

Es ist vorteilhaft, daß bei einem Partikelfiltersystem, das zur Durchführung des Verfahrens dient, der Regenerationsbren­ ner in Strömungsverbindung mit einer Luftquelle steht. Auf diese Weise ist der Betrieb des Regenerationsbrenners unab­ hängig vom Sauerstoffgehalt des Abgases.

Ist die Luftquelle ein unabhängig vom Dieselmotor antreibba­ res Gebläse oder Zusatzgebläse, kann der Regenerationsbrenner vor dem Start des Dieselmotors betrieben werden. Durch Vor­ heizen von Partikelfilter und Oxidationskatalysator wird jeg­ liche Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxidemission in der emissionsintensiven Kaltstartphase des Dieselmotors vermie­ den. Darüber hinaus ist es möglich, einen Teil der heißen Gase des Regenerationsbrenners zur Starthilfe in die Ansaug­ leitung des Dieselmotors zu leiten.

Durch eine Weiterbildung der Erfindung, bei der das Gebläse vom Dieselmotor antreibbar ist, wird eine besonders kosten­ günstige und zuverlässige Luftversorgung des Regenerations­ brenners erreicht.

Von Vorteil ist, daß eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die die Heizleistung regelt, in dem zumindest Temperaturmeß­ werte mit abgespeicherten Daten verglichen werden. Dadurch ist ein vollautomatischer Betrieb eines entsprechenden Parti­ kelfiltersystems möglich, wobei die Steuereinrichtung vor­ teilhaft auch den Regenerationsbrenner während der Abbrenn­ phase des Partikelfilters steuert.

Weitere Vorteile der Erfindung werden in der Zeichnungsbeschreibung dargestellt, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben ist.

Die Figur zeigt schematisch den Dieselmotor mit dem Partikel­ filtersystem.

Der Dieselmotor 1 treibt über einen Gebläseantrieb 10 ein Ge­ bläse 4 an. Dieses saugt aus einer Ansaugleitung 8 Luft an und fördert sie über eine Luftleitung 9 in einen Regenerati­ onsbrenner 3 eines Partikelfilters 2. Durch eine Kraftstoff­ leitung 6 wird dem Regenerationsbrenner 3 der benötigte Kraftstoff zugeführt. Dem Partikelfilter 2 ist ein Oxidati­ onskatalysator 5 nachgeschaltet.

Das Partikelfiltersystem funktioniert folgendermaßen:
Nach dem Start des Dieselmotors 1 wird dem Regenerationsbren­ ner 3 vom Gebläse 4 über die Luftleitung 9 Brennluft und über die Kraftstoffleitung 6 Kraftstoff zugeführt. Nach dessen Zündung wird das Partikelfilter 2 durch den Regenerations­ brenner 3 auf ca. 200°C aufgeheizt. Als Maß für die Parti­ kelfiltertemperatur dient die gemittelte Abgastemperatur vor und nach dem Partikelfilter. Diese dient einem nicht darge­ stellten Steuergerät als Regelgröße für die Brennerregelung. Überschreitet die Temperatur des Partikelfilters aufgrund steigender Abgastemperatur die 200°C, wird der Regenerati­ onsbrenner abgeschaltet.

Das Steuergerät regelt auch die Regeneration des Partikelfil­ ters.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird erreicht, daß sich bei Betrieb mit kaltem Abgas keinerlei Niederschläge im Par­ tikelfilter bilden und daß vorhandene Kohlenwasserstoffe und Kohlenoxid entweder vom Regenerationsbrenner 3 direkt oder im nachgeschalteten Oxidationskatalysator 5 nachverbrannt wer­ den. Damit ist auch bei Kaltmotor- und Niedriglastbetrieb des Dieselmotors eine minimale Schadstoffemission verwirklicht.

Claims (6)

1. Verfahren zur Verringerung der Schadstoffemissionen von Die­ selmotoren, wobei der Dieselmotor ein Partikelfilter aufweist, dem ein stromaufwärts in der Abgasleitung angeordneter Regenerationsbrenner zugeordnet ist, durch den das Partikelfilter auf eine zum Abbrennen der Rußpartikel erforderliche Temperatur aufheizbar ist, wobei das Parti­ kelfilter und ein Vorraum desselben unabhängig vom Regenerations­ vorgang bei niedrigen Abgastemperaturen, vorzugsweise solchen unter 200°C, durch den Regenerationsbrenner auf einer Temperatur ober­ halb der Kondensationstemperatur der höchstsiedenden Abgasbe­ standteile gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Oxidationskatalysator (5), der dem Partikelfilter (2) unmittelbar nachgeschaltet ist, bei niedrigen Ab­ gastemperaturen, vorzugsweise solchen unter 200°C, durch den Rege­ nerationsbrenner (3) auf die zur Oxidation erforderliche Temperatur aufgeheizt wird.

2. Partikelfiltersystem zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oxidationskatalysator (5) dem Parti­ kelfilter (2) unmittelbar nachgeschaltet ist und daß der Oxidationskata­ lysator (5) und das Partikelfilter (2) in einem Gehäuse angeordnet sind.

3. Partikelfiltersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Regenerationsbrenner (3) in Strö­ mungsverbindung mit einer Luftquelle steht.

4. Partikelfiltersystem nach einem der vorangegangenen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftquelle ein unabhängig vom Dieselmotor (1) antreibbares Gebläse (4) ist.

5. Partikelfiltersystem nach einem der vorangegangenen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse (4) vom Dieselmotor (1) antreibbar ist.

6. Partikelfiltersystem nach einem der vorangegangenen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die die Heizleistung des Regenerationsbrenners (3) re­ gelt, in dem zumindest Temperaturmeßwerte mit abgespeicherten Daten verglichen werden.